Структурная геология - Ажгирей Г.Д.
Скачать (прямая ссылка):
ВИДЫ ДЕФОРМАЦИЙ ДЕФОРМАЦИИ УПРУГИЕ, ПЛАСТИЧЕСКИЕ И РАЗРЫВНЫЕ
Деформация называется упругой, если она исчезает по мере удаления вызвавших ее сил (напряжений). Величина упругой деформации прямо пропорциональна величине вызвавших ее напряжений и в общем
2 Зак. 411. Структурная геология
17
случае не зависит от времени приложения сил (напряжений) к деформируемому телу.
Закон Гука, утверждающий существование прямой пропорциональности между напряжениями и упругими деформациями, в простейшей форме, для одноосного растяжения, выражается так:
о = E • 8,
где а — напряжение, ? — относительное удлинение и E — постоянный для данного материала коэффициент пропорциональности — модуль упругости первого рода.
Пластической деформацией называют остающуюся после прекращения действия (снятия) сил деформацию, происходящую без существенного разрушения материала (табл. I,/). Эта необратимая деформация пропорциональна не только вызвавшим ее силам, но также пропорциональна длительности приложения этих сил (см. дальше — ползучесть). Последнее обстоятельство имеет огромное значение для правильного понимания условий происхождения и развития деформаций в земной коре, где мы постоянно сталкиваемся с деформациями, образованными чрезвычайно длительно действующими тектоническими силами.
Процесс упругой и пластической деформации по мере своего развития, в связи с увеличением действующих сил, или при пластической деформации, в связи с продолжительностью их действия, приводит к существенному разрушению материала.
Разрушение материала представляет вид деформации, изучение которого особенно важно для геологов, потому что им постоянно приходится иметь дело с более или менее разрушенными (трещиноватыми) горными породами (табл. I, 2).
Мы будем именовать деформации этого вида разрывными деформациями. Некоторые исследователи те же деформации называют хрупкими. Однако последний термин непригоден для обобщающей характеристики разрывных деформаций, поскольку разрушение материала обычно происходит также в связи с пластическими деформациями.
Гистерезис
Три вида деформаций, рассмотренные нами, не встречаются в природе совершенно самостоятельно. В действительности деформации почти всегда имеют смешанный характер и могут быть представлены как совокупность накладывающихся друг на друга двух или даже трех видов деформаций. В этом легко убедиться по широко распространенному явлению гистерезиса К
Если отложить на оси ординат величину силы, деформирующей тело, а на оси абсцисс величину деформации (например, приращение длины растягиваемого бруска), то оказывается, что кривая, отражающая зависимость между силой и деформацией при нарастании силы (нагруже-ние), не совпадает с кривой, построенной для характеристики деформации того же тела при уменьшении силы (разгружение). Обе кривые образуют некоторую петлю. При следующем опыте с этим же телом, несмотря на сохранение всех условий предыдущего опыта, мы получим петлю, не совпадающую с первой (рис. II-1).
1 Гистерезисом (по-гречески «отставание») в механике твердых тел называют несовпадение кривых нагружения и разгружения деформируемого тела.
Образование петель гистерезиса связано с появлением в деформируемом теле остаточных, необратимых деформаций, пластических или? разрывных, в связи с чем тело, или его отдельные элементы, при снятии» деформирующих сил неполностью возвращается к первоначальной форме. Петля гистерезиса ограничивает некоторую площадь, величина которой есть мера работы, затраченной на необратимую деформацию. Таким образом, пластические и разрывные деформации требуют необратимой затраты кинетической энергии, которая расходуется на необратимые перемещения частиц деформируемого тела.
Рассмотренные явления гистерезиса свидетельствуют о комплексности деформаций. В общем случае разрушения материала, как указывает Я. Б. Фридман (1943), деформация составляется из трех последовательно идущих и взаимно накладывающихся процессов: а) упругой деформации—У,
б) пластической деформации — Я,
в) разрушения (разделения материала) — Р.
Условия перехода от одной стадии деформации к другой, что сопровождается изменением вида деформации, условия наступления пластической деформации (rV—*ПХ) и условия наступления разрушения: П—>Р для вязкого разрушения и У—>Р для хрупкого разрушения рассматриваются теориями прочности, которые будут освещены ниже.
Состояния материала при переходах У—>-Я, П —>Р и У—>Р называют критическими или предельными: им соответствуют перегибы или характерные точки на кривых деформации. Различные теории этих предельных состояний и есть теории прочности.
Опыты 1 2
D ~ ЛЛ в мм
Рис. 11-1. Гистерезис. Устанавливается по диаграмме растяжения образца силой P\ приложенной и снятой несколько раз. Заштрихована петля гистерезиса, полученная при первом приложении и последующем снятии силы P
ФИЗИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ЯВЛЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ
Частицы, составляющие твердые (кристаллические) тела, находятся в тепловом движении, в связи с чем они совершают колебания вокруг некоторых положений равновесий (центров тяжести). Центры тяжести образуют в пространстве правильную систему точек — кристаллическую решетку.
